Тэлурыд цынку (ZnTe), важны паўправадніковы матэрыял II-VI, шырока выкарыстоўваецца ў інфрачырвоным выяўленні, сонечных батарэях і оптаэлектронных прыладах. Апошнія дасягненні ў галіне нанатэхналогій і зялёнай хіміі аптымізавалі яго вытворчасць. Ніжэй прыведзены сучасныя асноўныя працэсы вытворчасці ZnTe і ключавыя параметры, уключаючы традыцыйныя метады і сучасныя ўдасканаленні:
_______________________________________
I. Традыцыйны вытворчы працэс (прамы сінтэз)
1. Падрыхтоўка сыравіны
• Цынк (Zn) і тэлур (Te) высокай чысціні: чысціня ≥99,999% (марка 5N), змешаная ў малярнай прапорцыі 1:1.
• Ахоўны газ: аргон высокай чысціні (Ar) або азот (N₂) для прадухілення акіслення.
2. Паток працэсу
• Крок 1: Сінтэз вакуумнай плаўкі
o Змяшайце парашкі Zn і Te ў кварцавай трубцы і вакуумуйце да ≤10⁻³ Па.
o Праграма нагрэву: Награвайце пры 5–10°C/мін да 500–700°C, вытрымлівайце 4–6 гадзін.
o Ураўненне рэакцыі: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Крок 2: Адпал
o Адпаліце сыры прадукт пры 400–500°C на працягу 2–3 гадзін, каб паменшыць дэфекты рашоткі.
• Крок 3: драбненне і прасейванне
o Выкарыстоўвайце шаравой млын, каб здрабніць сыпкі матэрыял да мэтавага памеру часціц (высокаэнергічны шаравы млын для нанаразмеру).
3. Асноўныя параметры
• Дакладнасць кантролю тэмпературы: ±5°C
• Хуткасць астуджэння: 2–5°C/мін (каб пазбегнуць расколін ад тэрмічнага напружання)
• Памер часціц сыравіны: Zn (100–200 меш), Te (200–300 меш)
_______________________________________
II. Сучасны ўдасканалены працэс (сольватэрмічны метад)
Сольватэрмічны метад з'яўляецца асноўным метадам вытворчасці нанамаштабнага ZnTe, які прапануе такія перавагі, як кантраляваны памер часціц і нізкае спажыванне энергіі.
1. Сыравіна і растваральнікі
• Папярэднікі: нітрат цынку (Zn(NO₃)₂) і тэлурыт натрыю (Na₂TeO₃) або парашок тэлуру (Te).
• Аднаўляльнікі: гидразингидрат (N₂H₄·H₂O) або борогидрид натрыю (NaBH₄).
• Растваральнікі: этылендыямін (EDA) або дэіянізаваная вада (DI вада).
2. Паток працэсу
• Крок 1: Растварэнне папярэдніка
o Растворыце Zn(NO₃)₂ і Na₂TeO₃ у малярных суадносінах 1:1 у растваральніку пры памешванні.
• Крок 2: рэакцыя аднаўлення
o Дадайце аднаўляльнік (напрыклад, N₂H₄·H₂O) і зачыніце ў аўтаклаве высокага ціску.
o Умовы рэакцыі:
Тэмпература: 180–220°C
Час: 12–24 гадзіны
Ціск: самагенераваны (3–5 МПа)
o Ураўненне рэакцыі: Zn2++TeO32−+Аднаўляльнік→ZnTe+Пабочныя прадукты (напрыклад, H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Аднаўляльнік→ZnTe+Пабочныя прадукты (напрыклад, H₂O, N₂)
• Крок 3: Дапрацоўка
o Цэнтрыфуга для вылучэння прадукту, прамыванне 3-5 разоў этанолам і DI вадой.
o Высушыць пад вакуумам (60–80°C на працягу 4–6 гадзін).
3. Асноўныя параметры
• Канцэнтрацыя папярэдніка: 0,1–0,5 моль/л
• Кантроль pH: 9–11 (шчолачныя ўмовы спрыяюць рэакцыі)
• Кантроль памеру часціц: Адрэгулюйце з дапамогай тыпу растваральніка (напрыклад, EDA дае нанаправодкі; водная фаза дае наначасціцы).
_______________________________________
III. Іншыя пашыраныя працэсы
1. Хімічнае асаджэнне з пара (CVD)
• Ужыванне: тонкаплёнкавы прэпарат (напрыклад, сонечныя элементы).
• Папярэднікі: дыэтылцынк (Zn(C₂H5)₂) і дыэтылтэлур (Te(C₂H₅)₂).
• Параметры:
o Тэмпература нанясення: 350–450°C
o Газ-носьбіт: сумесь H₂/Ar (паток: 50–100 куб.см3)
o Ціск: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Механічнае легіраванне (шаравыя фрэзы)
• Характарыстыкі: нізкатэмпературны сінтэз без растваральнікаў.
• Параметры:
o Суадносіны шарык-парашок: 10:1
o Час памолу: 20–40 гадзін
o Хуткасць кручэння: 300–500 абаротаў у хвіліну
_______________________________________
IV. Кантроль якасці і характарыстыка
1. Аналіз чысціні: дыфракцыя рэнтгенаўскіх прамянёў (XRD) для крышталічнай структуры (галоўны пік пры 2θ ≈25,3°).
2. Кантроль марфалогіі: трансмісійная электронная мікраскапія (ПЭМ) для памеру наначасціц (тыповы: 10–50 нм).
3. Суадносіны элементаў: Энергадысперсійная рэнтгенаўская спектраскапія (EDS) або мас-спектраметрыя з індуктыўна звязанай плазмай (ICP-MS) для пацверджання Zn ≈1:1.
_______________________________________
V. Меркаванні бяспекі і аховы навакольнага асяроддзя
1. Ачыстка адпрацаваных газаў: паглыніце H₂Te шчолачнымі растворамі (напрыклад, NaOH).
2. Аднаўленне растваральніка: перапрацоўка арганічных растваральнікаў (напрыклад, EDA) шляхам дыстыляцыі.
3. Меры абароны: выкарыстоўвайце супрацьгазы (для абароны ад H₂Te) і каразійна-ўстойлівыя пальчаткі.
_______________________________________
VI. Тэхналагічныя тэндэнцыі
• Зялёны сінтэз: распрацоўка водна-фазных сістэм для скарачэння выкарыстання арганічных растваральнікаў.
• Мадыфікацыя допінгу: павышэнне праводнасці шляхам легіравання Cu, Ag і г.д.
• Буйнамаштабная вытворчасць: выкарыстоўвайце бесперапынныя праточныя рэактары для атрымання партый у кг.
Час публікацыі: 21 сакавіка 2025 г